Espacio de color

Un espacio de color es una organización específica de colores . En combinación con la creación de perfiles de color que ofrecen diversos dispositivos físicos, permite representaciones reproducibles del color , ya sean analógicas o digitales . Un espacio de color puede ser arbitrario, es decir, con colores físicos asignados a un conjunto de muestras de color físicas con sus correspondientes nombres (incluidos números discretos, como en la colección Pantone ), o estar estructurado con rigor matemático (como en el sistema NCS , Adobe RGB y sRGB ). Un espacio de color es una herramienta conceptual útil para comprender las capacidades de color de un dispositivo o archivo digital en particular. Al intentar reproducir el color en otro dispositivo, los espacios de color pueden mostrar si se conservan los detalles de sombras y luces, así como la saturación del color, y en qué medida se verán afectados.   

Un " modelo de color " es un modelo matemático abstracto que describe cómo se pueden representar los colores como tuplas de números (por ejemplo, tríos en RGB o cuádruples en CMYK ); sin embargo, un modelo de color sin una función de mapeo asociada a un espacio de color absoluto es un sistema de color más o menos arbitrario sin conexión con ningún sistema de interpretación del color comprendido globalmente. Agregar una función de mapeo específica entre un modelo de color y un espacio de color de referencia establece dentro de este último una "huella" definida, conocida como gama , y ​​para un modelo de color dado, esto define un espacio de color. Por ejemplo, Adobe RGB y sRGB son dos espacios de color absolutos diferentes, ambos basados ​​en el modelo de color RGB. Al definir un espacio de color, el estándar de referencia habitual son los espacios de color CIELAB o CIEXYZ , que fueron diseñados específicamente para abarcar todos los colores que el ser humano promedio puede ver. ^{[ 1 ]}

Dado que el término «espacio de color» identifica una combinación específica del modelo de color y la función de mapeo, a menudo se utiliza informalmente para referirse a un modelo de color. Sin embargo, si bien identificar un espacio de color identifica automáticamente el modelo de color asociado, este uso es incorrecto en sentido estricto. Por ejemplo, aunque varios espacios de color específicos se basan en el modelo de color RGB , no existe un único espacio de color RGB .

En 1802, Thomas Young postuló la existencia de tres tipos de fotorreceptores (ahora conocidos como células cono ) en el ojo, cada uno de los cuales era sensible a un rango particular de luz visible. ^{[ 2 ]} Hermann von Helmholtz desarrolló aún más la teoría de Young-Helmholtz en 1850: que los tres tipos de fotorreceptores cono podían clasificarse como de preferencia por longitudes de onda cortas ( azul ), de preferencia por longitudes de onda medias ( verde ) y de preferencia por longitudes de onda largas ( rojo ), según su respuesta a las longitudes de onda de la luz que incide en la retina . Las intensidades relativas de las señales detectadas por los tres tipos de conos son interpretadas por el cerebro como un color visible. Pero no está claro que pensaran en los colores como puntos en el espacio de color.

El concepto de espacio de color probablemente se deba a Hermann Grassmann , quien lo desarrolló en dos etapas. Primero, desarrolló la idea de espacio vectorial , que permitió la representación algebraica de conceptos geométricos en un espacio n -dimensional . ^{[ 3 ]} Fearnley-Sander (1979) describe los fundamentos del álgebra lineal de Grassmann de la siguiente manera: ^{[ 4 ]}

La definición de espacio lineal (espacio vectorial) se popularizó alrededor de 1920, cuando Hermann Weyl y otros publicaron definiciones formales. De hecho, Peano , quien conocía a fondo la obra matemática de Grassmann, ya había dado una definición similar treinta años antes. Grassmann no plasmó una definición formal —el lenguaje no existía—, pero no cabe duda de que comprendía el concepto.

Con este trasfondo conceptual, en 1853, Grassmann publicó una teoría sobre cómo se mezclan los colores; esta y sus tres leyes del color todavía se enseñan como la ley de Grassmann . ^{[ 5 ]}

Como señaló Grassmann por primera vez, el conjunto de luz tiene la estructura de un cono en el espacio lineal de dimensión infinita. En consecuencia, un conjunto cociente (con respecto al metamerismo) del cono de luz hereda la estructura cónica, lo que permite representar el color como un cono convexo en el espacio lineal tridimensional, conocido como cono de color. ^{[ 6 ]}

Los colores se pueden crear en la impresión con espacios de color basados ​​en el modelo de color CMYK , utilizando los colores primarios sustractivos del pigmento ( cian , magenta , amarillo y clave [Para crear una representación tridimensional de un espacio de color dado, podemos asignar la cantidad de color magenta al eje X de la representación, la cantidad de cian al eje Y y la cantidad de amarillo al eje Z. El espacio 3D resultante proporciona una posición única para cada color posible que se puede crear combinando esos tres pigmentos.

En los monitores de ordenador, los colores se pueden crear mediante espacios de color basados ​​en el modelo RGB , utilizando los colores primarios aditivos ( rojo , verde y azul ). Una representación tridimensional asignaría cada uno de los tres colores a los ejes X, Y y Z. Los colores generados en un monitor determinado estarán limitados por el medio de reproducción, como el fósforo (en un monitor CRT ) o los filtros y la retroiluminación ( monitor LCD ).

Otra forma de crear colores en un monitor es mediante un modelo de color HSL o HSV , basado en el tono , la saturación y el brillo (valor/luminosidad). Con este modelo, las variables se asignan a coordenadas cilíndricas .

Muchos espacios de color pueden representarse como valores tridimensionales de esta manera, pero algunos tienen más o menos dimensiones, y algunos, como Pantone , no pueden representarse de esta forma en absoluto.

La conversión de espacio de color consiste en la traducción de la representación de un color de una base a otra. Esto suele ocurrir al convertir una imagen representada en un espacio de color a otro, con el objetivo de que la imagen resultante se parezca lo máximo posible a la original.

El modelo de color RGB se implementa de diferentes maneras, dependiendo de las capacidades del sistema utilizado. La encarnación más común en uso general a partir de 2021es la implementación de 24 bits , con 8 bits, o 256 niveles discretos de color por canal . ^{[ 7 ]} Cualquier espacio de color basado en un modelo RGB de 24 bits está, por lo tanto, limitado a un rango de 256×256×256 ≈ 16,7 millones de colores. Algunas implementaciones usan 16 bits por componente para un total de 48 bits, lo que resulta en la misma gama con un mayor número de colores distintos. Esto es especialmente importante cuando se trabaja con espacios de color de amplia gama (donde la mayoría de los colores más comunes se encuentran relativamente cerca unos de otros), o cuando se utiliza un gran número de algoritmos de filtrado digital de forma consecutiva. El mismo principio se aplica a cualquier espacio de color basado en el mismo modelo de color, pero implementado en diferentes profundidades de bits .

El espacio de color CIE 1931 XYZ fue uno de los primeros intentos de producir un espacio de color basado en mediciones de la percepción del color humano (los esfuerzos anteriores fueron de James Clerk Maxwell , König y Dieterici, y Abney en el Imperial College ) ^{[ 8 ]} y es la base de casi todos los demás espacios de color. El espacio de color CIERGB es un compañero linealmente relacionado de CIE XYZ. Otros derivados de CIE XYZ incluyen CIELUV , CIEUVW y CIELAB .

Genérico

RGB utiliza la mezcla aditiva de colores , ya que describe qué tipo de luz debe emitirse para producir un color determinado. RGB almacena valores individuales para rojo, verde y azul. RGBA es RGB con un canal adicional, alfa, para indicar la transparencia. Los espacios de color comunes basados ​​en el modelo RGB incluyen sRGB , Adobe RGB , ProPhoto RGB , scRGB y CIE RGB .

El sistema CMYK utiliza la mezcla de colores sustractiva empleada en el proceso de impresión, ya que describe qué tipo de tintas deben aplicarse para que la luz reflejada por el sustrato y a través de las tintas produzca un color determinado. Se parte de un sustrato blanco (lienzo, papel, etc.) y se utiliza tinta para sustraer color del blanco y crear una imagen. CMYK almacena los valores de tinta para cian, magenta, amarillo y negro. Existen numerosos espacios de color CMYK para diferentes conjuntos de tintas, sustratos y características de la imprenta (que modifican la ganancia de punto o la función de transferencia de cada tinta y, por lo tanto, alteran la apariencia).

YIQ se usó anteriormente en transmisiones de televisión NTSC ( Norteamérica , Japón y otros lugares) por razones históricas. Este sistema almacena un valor de luma aproximadamente análogo a (y a veces identificado incorrectamente como) ^{[ 9 ] [ 10 ]} luminancia , junto con dos valores de croma como representaciones aproximadas de las cantidades relativas de azul y rojo en el color. Es similar al esquema YUV utilizado en la mayoría de los sistemas de captura de video ^{[ 11 ]} y en la televisión PAL ( Australia , Europa , excepto Francia , que usa SECAM ), excepto que el espacio de color YIQ está rotado 33° con respecto al espacio de color YUV y los ejes de color están intercambiados. El esquema YDbDr utilizado por la televisión SECAM está rotado de otra manera.

YPbPr es una versión escalada de YUV. Se suele encontrar en su forma digital, YCbCr , ampliamente utilizada en esquemas de compresión de vídeo e imagen como MPEG y JPEG .

xvYCC es un estándar internacional de espacio de color para vídeo digital publicado por la IEC (IEC 61966-2-4). Se basa en los estándares ITU BT.601 y BT.709 , pero amplía la gama de colores más allá de los primarios R/G/B especificados en dichos estándares.

HSV ( tono , saturación , valor ), también conocido como HSB (matiz, saturación, brillo ), es utilizado frecuentemente por artistas porque suele ser más natural pensar en un color en términos de matiz y saturación que en términos de componentes de color aditivos o sustractivos. HSV es una transformación del espacio de color RGB, y sus componentes y colorimetría son relativos al espacio de color RGB del que se deriva.

HSL ( tono , saturación , luminosidad / luminancia ), también conocido como HLS o HSI (tono, saturación, intensidad ), es bastante similar a HSV , con la diferencia de que "luminosidad" reemplaza a "brillo". La diferencia radica en que el brillo de un color puro es igual al brillo del blanco, mientras que la luminosidad de un color puro es igual a la luminosidad de un gris medio.

En la ciencia del color , existen dos significados del término espacio de color absoluto :

• Un espacio de color en el que la diferencia perceptual entre colores está directamente relacionada con las distancias entre colores representadas por puntos en el espacio de color, es decir, un espacio de color uniforme . ^{[ 12 ] [ 13 ]}
• Un espacio de color en el que los colores son inequívocos, es decir, donde las interpretaciones de los colores en el espacio se definen colorimétricamente sin referencia a factores externos. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

En este artículo, nos centramos en la segunda definición.

CIEXYZ , sRGB e ICtCp son ejemplos de espacios de color absolutos, a diferencia de un espacio de color RGB genérico .

Un espacio de color no absoluto puede convertirse en absoluto definiendo su relación con cantidades colorimétricas absolutas. Por ejemplo, si los colores rojo, verde y azul de un monitor se miden con exactitud, junto con otras propiedades del monitor, entonces los valores RGB de ese monitor pueden considerarse absolutos. El espacio de color CIE 1976 L*, a*, b* a veces se denomina absoluto, aunque también necesita una especificación de punto blanco para serlo. ^{[ 16 ]}

Una forma común de convertir un espacio de color como RGB en un color absoluto es definir un perfil ICC , que contiene los atributos del RGB. Si bien no es la única manera de expresar un color absoluto, es el estándar en muchas industrias. Entre los colores RGB definidos por perfiles ampliamente aceptados se incluyen sRGB y Adobe RGB . El proceso de agregar un perfil ICC a un gráfico o documento se denomina a veces etiquetado o incrustación ; por lo tanto, el etiquetado marca el significado absoluto de los colores en dicho gráfico o documento.

• Modelo de color : modelo matemático que describe los colores como tuplas de números. 
• Lista de espacios de color y sus usos
• Teoría del color : principios para describir el comportamiento práctico de los colores. 
• Listas de colores
• Color primario : color fundamental en la mezcla de colores. 
• Sólido de color : representación tridimensional de un espacio de color. 

• Preguntas frecuentes sobre el color , Charles Poynton
• Ciencia del color , Dan Bruton
• Espacios de color , Rolf G. Kuehni (octubre de 2003)
• Espacios de color: antecedentes perceptuales, históricos y de aplicación , Marko Tkalčič (2003)
• Formatos de color para el procesamiento de imágenes y vídeo: conversión de color entre RGB, YUV, YCbCr y YPbPr.
• PixFC-SSE : biblioteca en C para conversiones de formato de color optimizadas para SSE. 
• Konica Minolta Sensing: Comunicación precisa del color
• Higham, Nicholas J., Espacios de color e imágenes digitales , de The Princeton Companion to Applied Mathematics